અલ્ટ્રાસોનિકેશન દ્વારા સમાનરૂપે વિખેરાયેલા CNTs
કાર્બન નેનોટ્યુબ્સ (CNTs)ની અસાધારણ કાર્યક્ષમતાઓનો લાભ લેવા માટે, તેમને સમાનરૂપે વિખેરવા જરૂરી છે.
જલીય અને દ્રાવક-આધારિત નિલંબનોમાં CNTsને વિતરિત કરવા માટે અલ્ટ્રાસોનિક ડિસ્પર્સર્સ સૌથી સામાન્ય સાધન છે.
અલ્ટ્રાસોનિક વિખેરણ તકનીક CNTsને નુકસાન પહોંચાડ્યા વિના તેમનું સંપૂર્ણ વિયોજન કરવા માટે પૂરતી ઊંચી કર્તન ઊર્જા ઉત્પન્ન કરે છે.
કાર્બન નેનોટ્યુબ્સનું અલ્ટ્રાસોનિક વિખેરણ
કાર્બન નેનોટ્યુબ્સ (CNTs)નો લંબાઈ અને વ્યાસનો ગુણોત્તર અત્યંત ઊંચો હોય છે અને તેઓ ઓછી ઘનતા તેમજ વિશાળ સપાટી ક્ષેત્રફળ (કેટલાંક સો m2/g) ધરાવે છે, જેના કારણે તેમને અત્યંત ઊંચી તાણસામર્થ્ય, દૃઢતા અને ભંગપ્રતિકારકતા તથા અત્યંત ઊંચી વિદ્યુત અને ઉષ્મીય વાહકતા જેવા અનન્ય ગુણધર્મો મળે છે. એકલ કાર્બન નેનોટ્યુબ્સ (CNTs)ને એકબીજા તરફ આકર્ષતાં વાન ડર વાલ્સ બળોને કારણે, CNTs સામાન્ય રીતે ઝૂમખાં અથવા ગૂંચળાંમાં ગોઠવાય છે. આ આંતરઆણ્વિક આકર્ષણ બળો નજીકની નેનોટ્યુબ્સ વચ્ચેની π-બંધોના સ્તરીકરણની ઘટના પર આધારિત છે, જેને π-સ્ટેકિંગ કહે છે. કાર્બન નેનોટ્યુબ્સનો સંપૂર્ણ લાભ મેળવવા માટે, આ ગૂંચવાયેલા સમૂહોને છૂટા પાડવા અને CNTsને સમાન વિખેરણમાં સરખી રીતે વિતરિત કરવા જરૂરી છે. તીવ્ર અલ્ટ્રાસોનિકેશન પ્રવાહીઓમાં ધ્વનિક કેવિટેશન ઉત્પન્ન કરે છે. તેના દ્વારા ઉત્પન્ન થતો સ્થાનિક કર્તન પ્રતિબળ CNT સમૂહોને તોડી નાખે છે અને તેમને સમાન નિલંબનમાં એકસરખી રીતે વિખેરે છે. અલ્ટ્રાસોનિક વિખેરણ તકનીક CNTsને નુકસાન પહોંચાડ્યા વિના તેમનું સંપૂર્ણ વિયોજન કરવા માટે પૂરતી ઊંચી કર્તન ઊર્જા ઉત્પન્ન કરે છે. સંવેદનશીલ SWNTsને પણ એકએક કરીને છૂટા પાડવા માટે સોનિકેશનનો સફળતાપૂર્વક ઉપયોગ થાય છે. અલ્ટ્રાસોનિકેશન માત્ર એટલા પૂરતા સ્તરનું પ્રતિબળ પ્રદાન કરે છે કે જે એકલ નેનોટ્યુબ્સમાં વધુ તૂટફૂટ કર્યા વિના SWNT સમૂહોને અલગ કરી શકે (Huang, Terentjev 2012).
- એકએક કરીને વિખેરાયેલા CNTs
- સમાન વિતરણ
- ઊંચી વિખેરણ કાર્યક્ષમતા
- ઊંચું CNT લોડિંગ
- CNTsનું કોઈ ક્ષયન નહીં
- ઝડપી પ્રક્રિયા
- ચોક્કસ પ્રક્રિયા નિયંત્રણ
UIP2000hdT – CNT વિખેરણો માટેનું 2kW શક્તિશાળી અલ્ટ્રાસોનિકેટર
CNT વિખેરણો માટેની ઉચ્ચ કાર્યક્ષમતાવાળી અલ્ટ્રાસોનિક પ્રણાલીઓ
Hielscher Ultrasonics CNTsના કાર્યક્ષમ વિખેરણ માટે શક્તિશાળી અને વિશ્વસનીય અલ્ટ્રાસોનિક સાધનો પૂરા પાડે છે. તમારે વિશ્લેષણ અને સંશોધન તથા વિકાસ માટે નાના CNT નમૂનાઓ તૈયાર કરવાના હોય કે મોટા જથ્થાના વિખેરણોની વિશાળ ઔદ્યોગિક બેચો બનાવવાની હોય, Hielscher ની ઉત્પાદન શ્રેણી તમારી જરૂરિયાતો માટે આદર્શ અલ્ટ્રાસોનિક પ્રણાલી પૂરી પાડે છે. પ્રયોગશાળા માટેનાં 50W અલ્ટ્રાસોનિકેટર્સ થી લઈને વ્યાવસાયિક ઉત્પાદન માટેનાં 16kW ઔદ્યોગિક અલ્ટ્રાસોનિક એકમો સુધી, Hielscher Ultrasonics તમારી જરૂરિયાતો પૂરી કરે છે.
ઉચ્ચ ગુણવત્તાવાળાં કાર્બન નેનોટ્યુબ વિખેરણો બનાવવા માટે, પ્રક્રિયાના પરિમાણો સારી રીતે નિયંત્રિત હોવા જરૂરી છે. CNTsના સમાન વિતરણ માટે કંપવિસ્તાર, તાપમાન, દબાણ અને નિવાસ સમય સૌથી નિર્ણાયક પરિમાણો છે. Hielscher નાં અલ્ટ્રાસોનિકેટર્સ દરેક પરિમાણનું ચોક્કસ નિયંત્રણ કરવાની સુવિધા આપે છે એટલું જ નહીં, પ્રક્રિયાનાં તમામ પરિમાણો Hielscher ની ડિજિટલ અલ્ટ્રાસોનિક પ્રણાલીઓના સંકલિત SD કાર્ડ પર આપમેળે નોંધાય પણ છે. દરેક સોનિકેશન પ્રક્રિયાની નોંધ પુનરુત્પાદનક્ષમ પરિણામો અને સાતત્યપૂર્ણ ગુણવત્તા સુનિશ્ચિત કરવામાં મદદ કરે છે. દૂરસ્થ બ્રાઉઝર નિયંત્રણ દ્વારા વપરાશકર્તા અલ્ટ્રાસોનિક પ્રણાલીના સ્થળે હાજર રહ્યા વિના અલ્ટ્રાસોનિક ઉપકરણનું સંચાલન અને નિરીક્ષણ કરી શકે છે.
એકલ-ભિત્તિવાળી કાર્બન નેનોટ્યુબ્સ (SWNTs) અને બહુ-ભિત્તિવાળી કાર્બન નેનોટ્યુબ્સ (MWNTs) તેમજ પસંદ કરેલા જલીય અથવા દ્રાવક માધ્યમને ચોક્કસ પ્રક્રિયા તીવ્રતાઓની જરૂર પડતી હોવાથી, અંતિમ ઉત્પાદન માટે અલ્ટ્રાસોનિક કંપવિસ્તાર એક મુખ્ય પરિબળ છે. Hielscher Ultrasonics ના ઔદ્યોગિક અલ્ટ્રાસોનિક પ્રોસેસર્સ અત્યંત ઊંચા તેમજ અત્યંત નરમ કંપવિસ્તારો પ્રદાન કરી શકે છે. તમારી પ્રક્રિયાની જરૂરિયાતો માટે આદર્શ કંપવિસ્તાર નિર્ધારિત કરો. 200µm સુધીના કંપવિસ્તારો સાથે પણ 24/7 કામગીરી સરળતાથી સતત ચલાવી શકાય છે. તેનાથી પણ ઊંચા કંપવિસ્તારો માટે જરૂરિયાત અનુસાર બનાવેલા અલ્ટ્રાસોનિક સોનોટ્રોડ્સ ઉપલબ્ધ છે. Hielscher નાં અલ્ટ્રાસોનિક સાધનોની મજબૂતાઈ ભારે કાર્યભાર અને પડકારજનક પરિસ્થિતિઓમાં 24/7 કામગીરી શક્ય બનાવે છે.
Hielscher Ultrasonic ની પ્રણાલીઓની અસાધારણ મજબૂતાઈ અને વિશ્વસનીયતાથી અમારા ગ્રાહકો સંતુષ્ટ છે. ભારે કાર્યભારવાળા ઉપયોગક્ષેત્રો, પડકારજનક પરિસ્થિતિઓ અને 24/7 કામગીરી માટેની સ્થાપના કાર્યક્ષમ અને આર્થિક પ્રક્રિયા સુનિશ્ચિત કરે છે. અલ્ટ્રાસોનિક પ્રક્રિયા તીવ્રીકરણ પ્રક્રિયાનો સમય ઘટાડે છે અને વધુ સારાં પરિણામો, એટલે કે વધુ ઊંચી ગુણવત્તા, વધુ ઊંચી ઉપજ અને નવીન ઉત્પાદનો પ્રાપ્ત કરે છે.
નીચેનું કોષ્ટક અમારાં અલ્ટ્રાસોનિકેટર્સની અંદાજિત પ્રક્રિયા ક્ષમતાનો ખ્યાલ આપે છે:
| બેચનું કદ | પ્રવાહ દર | ભલામણ કરેલાં ઉપકરણો |
|---|---|---|
| 0.5 થી 1.5mL | n.a. | VialTweeter |
| 1 થી 500mL | 10 થી 200mL/min | UP100H |
| 10 થી 2000mL | 20 થી 400mL/min | UP200Ht, UP400St |
| 0.1 થી 20L | 0.2 થી 4L/min | UIP2000hdT |
| 10 થી 100L | 2 થી 10L/min | UIP4000hdT |
| n.a. | 10 થી 100L/min | UIP16000 |
| n.a. | વધુ | સમૂહમાં ગોઠવેલાં UIP16000 |
અમારો સંપર્ક કરો! / અમને પૂછો!
પ્રયોગશાળાથી પાઇલટ અને ઔદ્યોગિક પાયે ઉપયોગ માટેના ઉચ્ચ શક્તિવાળા અલ્ટ્રાસોનિક પ્રોસેસર્સ.
સાહિત્ય / સંદર્ભો
- SOP – Ultrasonic Dispersion of Multi-Walled Carbon-Nanotubes using the UP400ST Sonicator – Hielscher Ultrasonics
- Biver T.; Criscitiello F.; Di Francesco F.; Minichino M.; Swager T.; Pucci A. (2015): MWCNT/Perylene bisimide Water Dispersions for Miniaturized Temperature Sensors. RSC Advances 5: 2015. 65023–65029.
- Chiou K.; Byun S.; Kim J.; Huang J. (2018): Additive-free carbon nanotube dispersions, pastes, gels, and doughs in cresols. PNAS Vol. 115, No. 22, 2018. 5703–5708.
- Huang, Y.Y:; Terentjev E.M. (2012): Dispersion of Carbon Nanotubes: Mixing, Sonication, Stabilization, and Composite Properties. Polymers 2012, 4, 275-295.
- Krause B.; Mende M.; Petzold G.; Pötschke P. (2010): Characterization on carbon nanotubes’ dispersability using centrifugal sedimentation analysis in aqueous surfactant dispersions. Conference paper ANTEC 2010, Orlando, USA, May 16-20 2010.
- Paredes J.I.; Burghard M. (2004): Dispersions of Individual Single-Walled Carbon Nanotubes of High Length. Langmuir 2004, 20, 5149-5152.
- Santos A.; Amorim L.; Nunes J.P.; Rocha L.A.; Ferreira Silva A.; Viana J.C. (2019): A Comparative Study between Knocked-Down Aligned Carbon Nanotubes and Buckypaper-Based Strain Sensors. Materials 2019, 12, 2013.
- Szelag M. (2017): Mechano-Physical Properties and Microstructure of Carbon Nanotube Reinforced Cement Paste after Thermal Load. Nanomaterials 7(9), 2017. 267.
જાણવા યોગ્ય તથ્યો
કાર્બન નેનોટ્યુબ્સ શું છે
કાર્બન નેનોટ્યુબ્સ (CNTs) એકપરિમાણીય કાર્બન સામગ્રીઓના એક વિશેષ વર્ગનો ભાગ છે, જે અસાધારણ યાંત્રિક, વિદ્યુત, ઉષ્મીય અને પ્રકાશીય ગુણધર્મો દર્શાવે છે. તેઓ નેનો-સંયુક્ત સામગ્રીઓ, પ્રબલિત પોલિમરો વગેરે જેવી અદ્યતન નેનોસામગ્રીઓના વિકાસ અને ઉત્પાદનમાં વપરાતો એક મુખ્ય ઘટક છે અને તેથી અત્યાધુનિક તકનીકોમાં વપરાય છે. CNTs અત્યંત ઊંચી તાણસામર્થ્ય, શ્રેષ્ઠ ઉષ્મા સ્થાનાંતરણ ગુણધર્મો, નાના બેન્ડ ગેપ અને શ્રેષ્ઠ રાસાયણિક તથા ભૌતિક સ્થિરતા દર્શાવે છે, જેના કારણે નેનોટ્યુબ્સ વિવિધ સામગ્રીઓ માટે આશાસ્પદ ઉમેરણ બને છે.
તેમની રચનાના આધારે, CNTSને એકલ-ભિત્તિવાળી કાર્બન નેનોટ્યુબ્સ (SWNTs), દ્વિ-ભિત્તિવાળી કાર્બન નેનોટ્યુબ્સ (DWCNTs) અને બહુ-ભિત્તિવાળી કાર્બન નેનોટ્યુબ્સ (MWNTs)માં વર્ગીકૃત કરવામાં આવે છે.
SWNTs એક પરમાણુ જેટલી જાડી કાર્બન ભિત્તિથી બનેલી પોલી, લાંબી નળાકાર નળીઓ છે. કાર્બન પરમાણુઓની ચાદર મધપૂડા જેવી જાળીમાં ગોઠવાયેલી હોય છે. ઘણીવાર, તેમની સંકલ્પનાત્મક સરખામણી એકસ્તરીય ગ્રેફાઇટ અથવા ગ્રેફીનની વાળીને નળી બનાવેલી ચાદરો સાથે કરવામાં આવે છે.
DWCNTs બે એકલ-ભિત્તિવાળી નેનોટ્યુબ્સથી બનેલી હોય છે, જેમાં એક નેનોટ્યુબ બીજીની અંદર ગોઠવાયેલી હોય છે.
MWNTs એ CNTનું એક સ્વરૂપ છે, જેમાં અનેક એકલ-ભિત્તિવાળી કાર્બન નેનોટ્યુબ્સ એકબીજાની અંદર ગોઠવાયેલી હોય છે. તેમનો વ્યાસ 3–30 nmની વચ્ચે હોય છે અને તેઓ કેટલાંક cm જેટલી લાંબી થઈ શકે છે, તેથી તેમની લંબાઈ અને વ્યાસનો ગુણોત્તર 10થી એક કરોડ વચ્ચે બદલાઈ શકે છે. કાર્બન નેનોફાઇબર્સની સરખામણીમાં, MWNTsની ભિત્તિની રચના અલગ હોય છે, બાહ્ય વ્યાસ નાનો હોય છે અને અંદરનો ભાગ પોલો હોય છે. ઔદ્યોગિક રીતે ઉપલબ્ધ અને સામાન્ય રીતે વપરાતા MWNTsના પ્રકારો, ઉદાહરણ તરીકે, Baytubes® C150P, Nanocyl® NC7000, Arkema Graphistrength® C100 અને FutureCarbon CNT-MW છે.
CNTsનું સંશ્લેષણ: CNTsનું ઉત્પાદન પ્લાઝ્મા-આધારિત સંશ્લેષણ પદ્ધતિ અથવા આર્ક ડિસ્ચાર્જ બાષ્પીભવન પદ્ધતિ, લેઝર એબ્લેશન પદ્ધતિ, ઉષ્મીય સંશ્લેષણ પ્રક્રિયા, રાસાયણિક બાષ્પ નિક્ષેપણ (CVD) અથવા પ્લાઝ્મા-સંવર્ધિત રાસાયણિક બાષ્પ નિક્ષેપણ દ્વારા કરી શકાય છે.
CNTsનું કાર્યાત્મક સમૂહીકરણ: કાર્બન નેનોટ્યુબ્સના ગુણધર્મો સુધારવા અને તે દ્વારા તેમને ચોક્કસ ઉપયોગ માટે વધુ યોગ્ય બનાવવા માટે, CNTsનું ઘણીવાર કાર્યાત્મક સમૂહીકરણ કરવામાં આવે છે, ઉદાહરણ તરીકે કાર્બોક્સિલિક એસિડ (-COOH) અથવા હાઇડ્રોક્સિલ (-OH) સમૂહો ઉમેરીને.
CNT વિખેરણ માટેનાં ઉમેરણો
સુપર એસિડ્સ, આયનિક પ્રવાહીઓ અને N-cyclohexyl-2-pyrrolidnone જેવા થોડાક દ્રાવકો CNTsનાં પ્રમાણમાં ઊંચી સાંદ્રતાવાળાં વિખેરણો તૈયાર કરવામાં સક્ષમ છે, જ્યારે નેનોટ્યુબ્સ માટેના સૌથી સામાન્ય દ્રાવકો, જેમ કે N-મિથાઇલ-2-પાયરોલિડોન (NMP), ડાઇમિથાઇલફોર્મામાઇડ (DMF) અને 1,2-dichrolobenzene, નેનોટ્યુબ્સને માત્ર અત્યંત ઓછી સાંદ્રતાએ જ વિખેરી શકે છે (ઉદાહરણ તરીકે, સામાન્ય રીતે એકલ-ભિત્તિવાળા CNTsનું <0.02 wt%). સૌથી સામાન્ય વિખેરણકારકો પોલિવિનાઇલપાયરોલિડોન (PVP), સોડિયમ ડોડેસિલ બેન્ઝીન સલ્ફોનેટ (SDBS), Triton 100 અથવા સોડિયમ ડોડેસિલ સલ્ફોનેટ (SDS) છે.
ક્રેસોલ્સ ઔદ્યોગિક રસાયણોનો એક સમૂહ છે, જે CNTsને દસીઓ વજન ટકા સુધીની સાંદ્રતાએ પ્રક્રિયા કરી શકે છે. CNT લોડિંગ વધતાં, પાતળાં વિખેરણો, ઘટ્ટ પેસ્ટો અને સ્વયં આકાર જાળવી રાખતા જેલમાંથી અભૂતપૂર્વ રીતે રમવાના લોટ જેવી અવસ્થા સુધી સતત પરિવર્તન થાય છે. આ અવસ્થાઓ પોલિમર જેવા વહનશાસ્ત્રીય અને શ્યાન-સ્થિતિસ્થાપક ગુણધર્મો દર્શાવે છે, જે અન્ય સામાન્ય દ્રાવકોથી પ્રાપ્ત કરી શકાતા નથી. આ સૂચવે છે કે નેનોટ્યુબ્સ ખરેખર ક્રેસોલ્સમાં સમૂહોથી અલગ થયેલી અને સૂક્ષ્મ રીતે વિખેરાયેલી હોય છે. પ્રક્રિયા પછી CNTsની સપાટી બદલ્યા વિના ગરમ કરીને અથવા ધોઈને ક્રેસોલ્સ દૂર કરી શકાય છે. [Chiou et al. 2018]
CNT વિખેરણોના ઉપયોગો
CNTsના લાભોનો ઉપયોગ કરવા માટે, તેમને પોલિમરો જેવા પ્રવાહીમાં વિખેરવા જરૂરી છે. સમાનરૂપે વિખેરાયેલા CNTsનો ઉપયોગ વાહક પ્લાસ્ટિક, લિક્વિડ ક્રિસ્ટલ ડિસ્પ્લે, કાર્બનિક પ્રકાશ-ઉત્સર્જક ડાયોડ, ટચ સ્ક્રીન, લવચીક ડિસ્પ્લે, સૌર કોષો, વાહક શાહીઓ, ફિલ્મો, ફોમ, તંતુઓ અને કાપડ સહિતની સ્થિર વિદ્યુત નિયંત્રણ સામગ્રીઓ, પોલિમર લેપો અને સંલગ્નકો, અસાધારણ યાંત્રિક સામર્થ્ય અને ભંગપ્રતિકારકતા ધરાવતી ઉચ્ચ કાર્યક્ષમતાવાળી પોલિમર સંયુક્ત સામગ્રીઓ, પોલિમર/CNT સંયુક્ત તંતુઓ તેમજ હલકી અને સ્થિર વિદ્યુતરોધી સામગ્રીઓના ઉત્પાદનમાં થાય છે.
કાર્બનનાં સ્વરૂપો કયાં છે?
કાર્બન અનેક અપરરૂપોમાં અસ્તિત્વ ધરાવે છે, જેમાં નીચેનાનો સમાવેશ થાય છે:
- સ્ફટિકીય સ્વરૂપો: હીરો, ગ્રેફાઇટ, ગ્રેફીન, કાર્બન નેનોટ્યુબ્સ (CNTs), ફુલેરીન્સ (ઉદાહરણ તરીકે, C₆₀).
- અસ્ફટિકીય સ્વરૂપો: લાકડાનો કોલસો, મેશ, કાર્બન બ્લેક, કાચસદૃશ કાર્બન, હીરા જેવો કાર્બન (DLC), એકસ્તરીય અસ્ફટિકીય કાર્બન (MAC).
- સંકર નેનોરચનાઓ: નેનોહીરા, કાર્બન ઓનિયન્સ, કાર્બન એરોજેલ્સ અને નેનોકાર્બન-ધાતુ સંકરો જેવી સંયુક્ત સામગ્રીઓ.
દરેક સ્વરૂપ સામગ્રી વિજ્ઞાન, ઇલેક્ટ્રોનિક્સ અને ઊર્જા સંગ્રહના ઉપયોગો સાથે સંબંધિત વિશિષ્ટ ભૌતિક-રાસાયણિક ગુણધર્મો દર્શાવે છે.